切换式转换器及其控制电路与其非连续导通模式控制方法与流程

本发明涉及一种切换式转换器，特别涉及一种于非连续导通模式可精准控制的切换式转换器。本发明还涉及用以控制切换式转换器的控制电路与控制方法。

背景技术：

1、请参阅图1a、图1b与图1c，图1a显示现有技术的切换式转换器(切换式转换器900)。图1b显示现有技术的切换式转换器操作于轻载状态的操作波形图。图1c显示现有技术的切换式转换器操作于轻载状态切换为重载状态的操作波形图。图1a的切换式转换器900包含功率级电路90以及控制电路91，功率级电路90中的至少一开关根据脉宽调制信号pwm而产生上桥操作信号sh与下桥操作信号sl以切换电感l电连接至输入电压vin或接地电位，进而转换输入电压vin而产生输出电压vout。控制电路91根据输出电压vout而进行脉宽调制以产生脉宽调制信号pwm。

2、如图1b所示，当切换式转换器900保持操作于轻载状态，于时点t1，补偿电压vc上升至参考电压vref，上桥操作信号sh切换为高位准，而导通上桥开关qh，使得输出电压vout上升，并且使得控制电路91中，相关于参考电压vref与输出电压vout间的差值经过滤波后的一补偿电压vc结束上升并开始下降。于图1b的时点t2，上桥操作信号sh切换为低位准，且下桥操作信号sl切换为高位准，而关断上桥开关qh，并导通下桥开关ql，使得输出电压vout下降。于图1b的时点t3后，即功率级电路90中的上桥开关qh与下桥开关ql都不导通后，由于负载为轻载，流经电感l的电感电流il为零电流，因此输出电压vout的位准持续下降，且补偿电压vc也持续下降，甚至下降到饱和电压vstr，其中饱和电压vstr例如为接地电位。

3、继续参阅图1b，于图1b的时点t4，输出电压vout的位准开始低于参考电压vref，因此，补偿电压vc的位准开始准备转为上升，但由于补偿电压vc为滤波后的电压，因此不会在时点t4立刻上升。因为切换式转换器900保持在轻载状态，因此等到补偿电压vc再次上升至参考电压vref，上桥操作信号sh再次切换为高位准，而重复一个新的周期。

4、上述现有技术的缺点在于，当负载为轻载时，于图1b的时点t3至时点t4，输出电压vout的位准的下降斜率的绝对值较小(亦即下降速率缓慢)，因此时点t3至时点t4的时间长度较长，使得补偿电压vc的位准将下降至一较低位准，甚至到达饱和(saturate)位准vstr的情形，在此状态下，当负载由轻载转为重载时，例如图1c的时点t6，负载电流io由低电流转为高电流，此时输出电压vout产生下冲(undershoot)的情形，如上所述，于时点t6，补偿电压vc的位准因为维持在较低位准，甚至低至饱和位准vstr，因此输出电压vout上升速度缓慢，由于负载由轻载转为重载的时点t6至补偿电压vc再次上升至参考电压vref的时点t7耗时较长，造成输出电压vout的位准持续下降，进而影响切换式转换器900的瞬时响应(transient response)能力，且耗能、效率低。

5、需说明的是，所谓“轻载”与“重载”的区别，一般而言指的是分别对应负载电流io相对较低与相对较高的状态，也可以用切换式转换器900操作于非连续导通模式(discontinuous conduction mode，dcm)时，电感电流il具有维持于零电流一段连续的期间，视为轻载状态；而若电感电流il在一周期中，不具有零电流的期间，则视为重载状态。

6、相较于上述的现有技术，本发明的切换式转换器可于轻载状态中，决定停止进行脉宽调制，且保持补偿电压的位准，使其位准不持续下降，以大幅改善现有技术的切换式转换器的瞬时响应能力，且提升效率。此外，本发明的切换式转换器还能提升输出电压的准确度(accuracy)，使得输出电压的下降位准的中间值等于参考电压，且不因停止脉宽调制而有所影响。

技术实现思路

1、就其中一个观点言，本发明提供了一种切换式转换器，包含：一功率级电路，用以根据一控制信号切换其中至少一开关，以转换一输入电压而产生一输出电压；以及一控制电路，用以于一重载状态时，根据相关于该输出电压的一反馈电压而进行脉宽调制以产生该控制信号；其中，于一轻载状态，且该切换式转换器操作于非连续导通模式(discontinuous conduction mode，dcm)时，该控制电路于流经该功率级电路的一电感电流为零电流之后，停止根据该反馈电压进行脉宽调制，并保持相关于该反馈电压的一补偿电压于一目前位准。

2、在一较佳实施例中，该控制电路包括：一补偿电压比较器，用以比较该补偿电压与一补偿阈值电压，而产生一补偿比较信号；一脉宽决定电路，用以于该重载状态时，根据该补偿比较信号而产生该控制信号；一反馈电压比较器，用以比较该参考电压与该反馈电压，而产生一反馈比较信号；以及一轻载侦测电路，用以于该电感电流为零电流之后，决定一零电流操作的一起始时点，并根据该反馈比较信号，决定该零电流作的一结束时点。

3、在一较佳实施例中，该补偿阈值电压为该参考电压或一斜坡电压；其中该斜坡电压相关于该控制信号。

4、在一较佳实施例中，于该重载状态时，该切换式转换器操作于固定导通时间(constant on time，cot)模式。

5、在一较佳实施例中，该轻载侦测电路于该电感电流为零电流之后，再根据该反馈电压或计时一段预设期间后，决定该起始时点。

6、在一较佳实施例中，该轻载侦测电路根据该至少一开关都为关断状态，决定该起始时点。

7、在一较佳实施例中，该控制电路还包括一计时电路，用以计时自该起始时点至该反馈比较信号为零电压的一段复制期间，并再接着计时该段复制期间后决定该结束时点。

8、在一较佳实施例中，该控制电路还包括一补偿器，其具有：一反馈电压放大器，用以于该重载状态时，放大该参考电压与该反馈电压的差值，而产生一反馈放大电压；以及一滤波电路，用以于该重载状态时，对该反馈放大电压进行滤波后产生该补偿电压，并于该轻载操作时，保持该补偿电压于该目前位准。

9、在一较佳实施例中，该计时电路包括一数字计时器或一模拟计时器。

10、在一较佳实施例中，该数字计时器于该起始时点开始上数该段复制期间，并再接着下数该段复制期间后决定该结束时点。

11、在一较佳实施例中，该控制电路于该结束时点之后，调整该控制信号以导通对应的该开关一段附加导通期间。

12、就另一个观点言，本发明也提供了一种控制电路，用以控制一切换式转换器，其中该切换式转换器包括一功率级电路，用以根据一控制信号切换其中至少一开关，以转换一输入电压而产生一输出电压；其中该控制电路用以于一重载状态时，根据相关于该输出电压的一反馈电压而进行脉宽调制以产生该控制信号；其中，于该切换式转换器操作于非连续导通模式(discontinuous conduction mode，dcm)时，该控制电路于流经该功率级电路的一电感电流为零电流之后，停止根据该反馈电压进行脉宽调制，并保持相关于该反馈电压的一补偿电压于一目前位准；该控制电路包含：一补偿电压比较器，用以比较该补偿电压与一补偿阈值电压，而产生一补偿比较信号；一脉宽决定电路，用以于该重载状态时，根据该补偿比较信号而产生该控制信号；一反馈电压比较器，用以比较该参考电压与该反馈电压，而产生一反馈比较信号；以及一轻载侦测电路，用以于该电感电流为零电流之后，决定一零电流操作的一起始时点，并根据该反馈比较信号，决定该零电流操作的一结束时点。

13、就另一个观点言，本发明也提供了一种切换式转换器的非连续导通模式控制方法，用以控制一切换式转换器，其中该切换式转换器包括一功率级电路，用以根据一控制信号切换其中至少一开关，以转换一输入电压而产生一输出电压；该切换式转换器的非连续导通模式控制方法包含：于一重载状态时，根据相关于该输出电压的一反馈电压而进行脉宽调制以产生该控制信号；以及于一轻载状态，且该切换式转换器操作于非连续导通模式(discontinuous conduction mode，dcm)时，于流经该功率级电路的一电感电流为零电流之后，停止根据该反馈电压进行脉宽调制，并保持相关于该反馈电压的一补偿电压于一目前位准。

14、就另一个观点言，本发明也提供了一种切换式转换器，包含：一功率级电路，用以根据一控制信号切换其中至少一开关，以转换一输入电压而产生一输出电压；以及一控制电路，用以于一重载状态时，根据相关于该输出电压的一反馈电压而进行脉宽调制以产生该控制信号；其中，于一轻载状态，且该切换式转换器操作于非连续导通模式(discontinuous conduction mode，dcm)时，该控制电路于流经该功率级电路的一电感电流为零电流之后，决定一零电流操作的一起始时点，并根据该反馈比较信号，决定该零电流操作的一结束时点；其中，于该零电流操作中，该控制电路停止根据该反馈电压进行脉宽调制，并于该起始时点开始计时至该反馈电压超过一参考电压的一段复制期间，并再接着计时该段复制期间后停止计时，并于停止计时之后恢复根据该反馈电压进行脉宽调制或调整该控制信号以导通对应的该开关一段附加导通期间。

15、就另一个观点言，本发明也提供了一种切换式转换器的非连续导通模式控制方法，包含：于一重载状态时，根据相关于一输出电压的一反馈电压而进行脉宽调制以产生一控制信号；根据该控制信号切换至少一开关，以转换一输入电压而产生一输出电压；于一轻载状态，且于一非连续导通模式(discontinuous conduction mode，dcm)时，根据一电感电流为零电流之后，而决定一零电流操作的一起始时点，并根据该反馈比较信号，决定该零电流操作的一结束时点；于该零电流操作中，停止根据该反馈电压进行脉宽调制，并于该起始时点开始计时至该反馈电压超过一参考电压的一段复制期间，并再接着计时该段复制期间后停止计时；以及于停止计时之后恢复根据该反馈电压进行脉宽调制或调整该控制信号以导通对应的该开关一段附加导通期间。

16、以下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的效果。